Оптимальное проектирование

Оптимальное проектирование - процесс выбора по заданной математической модели проектируемого устройства значений его параметров, обеспечивающих экстремальные (максимум или минимум) значения нескольких технико-экономических характеристик при условии, что другие характеристики удовлетворяют заданной совокупности технических требований.

Задачи с определением одновременно экстремумов для нескольких целевых функций называют векторными или многокритериальными задачами оптимизации. С понятием оптимального проектирования иногда связывают понятие оптимального механизма.

Так, совершенствование прецизионных механизмов, воспроизводящих фасонные поверхности таких деталей, как лопатки турбин, пуансонов, матриц, лопастей винтов, распределительных валов двигателей, связано с решением задач выбора оптимальной схемы, параметров и закона движения механизма.

Оптимальным механизмом, воспроизводящим фасонную поверхность, считается тот, который максимально приближает условия образования поверхности переменной кривизны к условиям образования поверхности постоянной кривизны, а поиск оптимального варианта механизма рассматривается как задача наилучшего приближения функций, описывающих условия образования этих поверхностей. Приближение функций следует рассматривать как решение задач, представленных в форме нелинейных минимаксных задач на условный минимум.

Задача математического моделирования считается сформулированной, если на основе технического задания выбрана расчетная схема или составлена математическая модель, выделены параметры, отражающие качество проекта, выведены математические зависимости получения значений критериев качества. Общая постановка задачи оптимального проектирования содержит явные и неявные (функциональные) ограничения на параметры.

Критерий качества может отражать такие показатели машин, как производительность, металлоемкость, габаритные размеры, надежность, виброустойчивость, точность. Критерий качества математически выражается функционалом, который для конкретной модели принимает численное значение. Это означает, что критерий является объективной основой сравнения различных конструктивных решений, т. е. основой для проведения процесса проектирования. Проектировщик задается целью найти такие решения, для которых критерий качества принимает экстремальное значение. Найденные значения (решения) и будут оптимальными, а задачу поиска таких решений называют оптимизационной.

Карта технического уровня и качества продукции (гост 2.116-84, гост р 55931-2013 )

Технический уровень это часть характеристики качества продукции, которая может быть определена количест­венно, путем использования их основных технических параметров без привлечения эксперт­ных оценок

В настоящее время существуют методы оценки технического уровня и качества судов, построенные с помощью теории подобия и анализа размерностей.

Так, профессором ГУМРФ им. адм. С.О. Макарова П.А. Малым предложен показатель технического уровня, объединяющий эксплуатационно-технические свойства судна, и учитывающий его работу, которую может выполнить единица мощности энергетической установки за время эксплуатации судна при установленном сроке его службы.

Аналогичные показатели разработаны в ФГУП «Крыловский государственный научный центр» и в ряде других организаций.

Однако они не учитывают технического уровня и качества судовой энергетики, степень совершенства которой играет определяющую роль в инновационном развитии флота и открывает набольшие перспективы повышения эффективности и конкурентоспособности судов, так как на долю главных и вспомогательных дизелей приходится 10-40% стоимости судов и до 50-80% их эксплуатационных расходов.

В 80-е годы ГУМРФ им. адм. С.О. Макарова принимал участие в работе Временной научно-технической комиссии по оценке технического уровня продукции дизелестроения, образованной постановлением Государственного комитета СССР по науке и технике.

Накопленный тогда опыт, а также исследования, проведенные в университете в последующие годы, позволили создать научный задел для более объективной и точной оценки научно-технического уровня, энерго-экологической эффективности, качества и конкурентоспособности судовых дизельных и газотурбинных двигателей, паровых, водогрейных котлов и другого энергетического оборудования.

При этом построение критериев научно-технического уровня также как и для судов, осуществляется с помощью теории подобия, анализа размерностей и квалиметрии.

Очевидно, что оценка судов и судового энергетического оборудования только по показателям научно-технического уровня недостаточна.

Дополнительно необходимо учитывать его конкурентоспособность, которую в первом приближении можно оценить с помощью соотношения цена/научно-технический уровень продукции.

Известно, что существует объективная зависимость себестоимости и цены судов и судового оборудования от значений их основных технических и технологических параметров.

Параметрический подход к определению цены был впервые предложен академиком А.Н. Крыловым и в настоящее время находит широкое применение как в отечественном, так и в зарубежном судостроении.

В отличие от существующей практики, предложено оценивать стоимость судов и судового энергетического оборудования с учетом дополнительного параметра - его научно-технического уровня, рассчитанного с помощью разработанных критериев и критериальных уравнений.

Таким образом, данная методика позволяет более обоснованно подходить к оценке конкурентоспособности продукции судостроения и судового энергетического машиностроения на основе определения соотношения цена/научно-технический уровень, принимающего конкретное числовое значение. Это может способствовать более точному определению стоимости инвестиционных проектов в российском судостроении.

Лекция 2.